unisim design氨合成塔模拟

李剑锋

UniSim亚太区技术支持UniSimDesign氨合成塔模拟计算

UniSimDesign氨合成塔的模拟氨合成－反应热力学模拟氨合成－反应动力学模拟氨合成塔的动力学模拟、传热与压降计算基于反应动力学的氨合成塔的优化计算氨合成塔的动态模拟与优化控制UniSimDesign氨合成反应的热力学氨合成反应的平衡常数不同温度、压力下Kp的数值在一般的手册中都能查到。尼乐逊等人根据在1~100MPa下的试验数据整理Kp与压力、温度的经验关系式为：式中a、c为不同压力下系数，其值列于表26：表26在不同压力下a、c值压力MPa1.013.045.0710.1330.460.80101.3a

1050-3.4-12.56-12.56-12.56-108.56-268.33c1.9932.0212.0912.1132.2063.0594.473氨合成反应的平衡常数平衡常数的定义不同温度、压力下Kp的数值在一般的手册中都能查到。尼乐逊等人根据在1~100MPa下的试验数据整理Kp与压力、温度的经验关系式为Kf0，它由热力学关系决定

UniSim平衡常数的计算方法经验关联式温度－平衡常数曲线由GIBBS自由能计算根据定义由逸度直接计算UniSim反应平衡常数的多种计算方式UniSim中组分逸度与逸度系数两种氨合成反应的标准平衡常数Kf关联式G-B关联式H-K关联式论文推荐使用G-B关联式LogKp多项式系数到LnKp多项式系数的转换文献中提供的氨合成平衡常数Kp多项式大都是Log形式，如UniSim中，平衡常数多项式为Ln形式把原来多项式中的系数A,B,D,E均乘以Ln(10)即可得到UniSim多项式所需要的系数值,LogConverttoLninUniSimAA*Ln(10)BB*Ln(10)CCDD*Ln(10)EE*Ln(10)LogtoLn转换程序平衡常数关联式在平衡反应器中的应用UniSimDesign中有内置的氨合成反应平衡常数关联式应用关联式算得的平衡常数与逸度算得的平衡常数相等对比结果大型合成氨厂工艺过程分析－P100应用GIBBS验证平衡氨含量公式用逸度与逸度系数计算Kf,KyKp=Kf/Ky验证结果：公式左边＝右边a．压力和温度的影响温度越低，压力越高，平衡常数Kp越大，平衡氨含量越高。

若总压为p的混合气体中含有N2,H2,NH3的摩尔分数分别为yN2,yH2和yNH3,其关系为Yn2+yH2+yNH3=1.令原始氢氮比R=Yh2/yN2,则各组分的平衡分压为整理得此式可分析影响平衡氨含量的诸因素:平衡氨含量的计算UniSimDesign氨合成反应的反应动力学氨合成的反应动力学方程上式关联了K1,K2及Kp间的关系。反应达到平衡时,r=0,则整理得文献中动力学的表达式不同催化剂的逆反应动力学参数逆反应速率常数正反应动力学参数的反算

逆反应动力学回归的参数正反应动力学

A'3.72E+165.12E+045.12E+04MPA/h

E'171420812867576.192

Ln关联式系数USDLn关联式计算结果USD逆反应速度K'1/T逆反应速度×平衡常数^2(Kp)用动力学数据再算得的正反应速度Kp=(K1/K2)^.56.1937236420.0224267.81138150.0015794050.134974840.1360509080.0225390814608.8543220.0193444.34961750.0015548470.1655108710.1661068250.019334428-2.6911220.0167725.91738690.0015310420.2015191040.201566850.01666349-0.0001270860.01441168.4787080.0015079540.24370990.24317360.0144260634.25716E-070.01261854.437210.0014855530.2928460620.2917375740.012542674

0.01102903.5607810.0014638070.3497424430.3481394770.010949926

0.00964487.7777030.0014426890.4152652270.413332290.009596967

0.00856850.98610.0014221720.49033090.4883430940.00844279

0.007510335.284470.001402230.5759049280.5742746120.007454158

0.006615415.34080.0013828390.6730001840.6723064780.006604

0.005922742.974220.0013639770.7826751440.7836962240.005870164

0.005233204.430060.0013456230.9060318910.9097799620.005234439

0.004747993.287240.0013277571.0442139611.0519727990.004681791数据验证UniSim反应数据的输入反应动力学中的单位逸度、分压的单位反应速率的单位基准组分27(2)阿累尼乌斯（Arrhenius）方程（a）指数式：描述了速率随温度而变化的指数关系。A称为指前因子，Ea称为阿累尼乌斯活化能。（b）对数式：描述了速率系数与1/T之间的线性关系。可以根据不同温度下测定的k值，以lnk对1/T作图，从而求出活化能。28（c）定积分式:

设活化能与温度无关，根据两个不同温度下的k值求活化能。（d）微分式:k值随T的变化率决定于值的大小。UniSimDesign氨合成塔的动力学模拟以及压降与传热计算氨合成反应器的动力学模拟动力学方程以及系数反应器的数据催化剂的数据空速与压降计算传热计算氨合成反应器的动力学模拟反应器剖面反应器与催化剂的数据压降的计算以及空速对压降和反应速度的